劉立群，李 明，馮浩雄

(湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

鋼筋混凝土梁的剪切破壞機(jī)理在不斷深化，由于問題的復(fù)雜性和影響因素眾多，至今尚無相對完備的理論體系，不同的理論模型和試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)致各國規(guī)范公式存在差異﹒李昊[1]和李冠軍[2]對預(yù)應(yīng)力混凝土矩形梁進(jìn)行了受剪承載力試驗，研究了受剪破壞機(jī)理和影響剪切破壞的主要因素﹒Qi 等[3]針對9 根體外預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁，研究了預(yù)應(yīng)力、剪跨比、剪切鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力筋彎起角度對預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁的剪切性能和受剪承載力的影響﹒

混凝土構(gòu)件截面極限破壞形態(tài)與結(jié)構(gòu)形式、剪跨比、截面形狀、加載方式、配筋形式及數(shù)量等有關(guān)[4]﹒大量的試驗表明，構(gòu)件剪切破壞典型形態(tài)有以下幾種﹒

斜拉破壞多發(fā)生在剪跨比較大時(λ＞3)的無腹筋梁或腹筋配置較少的有腹筋梁中[2]，如圖1a)所示﹒剪壓破壞是有腹筋梁在腹筋配置適當(dāng)時常見的斜截面破壞形態(tài)﹒當(dāng)1＜λ＜3 時，在集中荷載作用下的無腹筋梁，也會發(fā)生此類破壞﹒試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，臨界斜裂縫延伸開展，指向荷載作用點，同時受壓區(qū)高度減小[5]，如圖1b)所示﹒

斜壓破壞多發(fā)生在剪跨比較小的梁中，集中荷載下的有腹筋梁通常λ≤1.5，而無腹筋梁λ≤1﹒試驗現(xiàn)象表明，隨著荷載的增加，在加載點與支座之間，腹板被一系列大致平行的斜裂縫分割成許多傾斜的受壓桿，最后沿斜向受壓破壞[6]，如圖1c)所示﹒

錨固破壞多發(fā)生在矩形梁和T 形梁或厚腹I形梁中，是一種脆性破壞，可以通過縱筋深入支座長度和數(shù)量、彎起位置與長度來控制[7]﹒

預(yù)應(yīng)力混凝土梁破壞特征與鋼筋混凝土梁破壞特征相似﹒施加預(yù)應(yīng)力后能改善梁的內(nèi)力，提 高梁的剛度，明顯改善其抗剪性能，顯著提高抗剪承載力[8]﹒預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁在矩形梁的基礎(chǔ)上增加了翼緣板，翼緣板能增大預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的受壓區(qū)面積，有效提高其抗剪承載力[9]，但其破壞形態(tài)和特征在預(yù)應(yīng)力和翼緣雙重作用下，呈現(xiàn)不同的特征﹒因此，本文通過預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁在集中荷載作用下的抗剪試驗，以期獲得預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁在受剪作用下的破壞形態(tài)﹒

1 試驗設(shè)計與現(xiàn)象

1.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置并制作了9 根預(yù)應(yīng)力混凝土和1 根普通鋼筋混凝土T 形簡支梁﹒梁高700 mm，腹板寬度200 mm，翼緣厚度100 mm，翼緣寬度800 mm/1 080 mm，以預(yù)應(yīng)力筋的彎起角度、預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量和翼緣寬度為變化參數(shù)﹒試件主要參數(shù)見表1﹒

在構(gòu)件混凝土澆筑時還澆筑了12 組150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試塊用以測試混凝土的強(qiáng)度，且該立方體試塊和構(gòu)件在同條件下養(yǎng)護(hù)﹒在預(yù)應(yīng)力張拉和構(gòu)件進(jìn)行剪切破壞試驗之前，按照普通混凝土力學(xué)性能試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)要求在實驗室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗，測得立方體抗壓強(qiáng)度平均值cuf ，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范換算出混凝土軸心抗壓強(qiáng)度cf 和抗拉強(qiáng)度tf ﹒混凝土強(qiáng)度測試結(jié)果見表2﹒

表1 試件主要設(shè)計參數(shù)

表2 混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果 MPa

表3 鋼筋力學(xué)性能測試結(jié)果

1.2 試驗現(xiàn)象

所有試件均發(fā)生了剪切破壞，裂縫主要集中在T形梁腹板處，多條與臨界斜裂縫大致平行的裂縫為主﹒

T-1梁試驗現(xiàn)象：當(dāng)跨中荷載P為160 kN時開始出現(xiàn)第1條垂直裂縫；當(dāng)加載到200 kN時出現(xiàn)了斜裂縫，此時斜裂縫靠近跨中位置，角度大于45°，均指向加載點；隨著荷載的逐步增大，垂直裂縫并沒有繼續(xù)發(fā)展和增加，而斜裂縫進(jìn)一步由跨中逐漸向兩支座方向延伸和開展，呈八字形，此時斜裂縫角度逐漸接近45°，裂縫寬度也逐漸增加但增加速度較緩慢；隨著荷載進(jìn)一步增加，臨界斜裂縫形成，加載點與支座連線方向緩緩出現(xiàn)一些斜裂縫，有些呈水平狀；加載至670 kN時，手動液壓泵沒法繼續(xù)增加荷載，稱重顯示器顯示荷載有下降趨勢，但裂縫在繼續(xù)開展，因此判斷此時梁已受到破壞﹒

T-2～T-10梁試驗現(xiàn)象：首先，在跨中出現(xiàn)垂直裂縫，但出現(xiàn)裂縫的荷載明顯比T-1梁高，時間也更緩；隨著荷載增加，正截面裂縫幾乎沒有發(fā)展，斜裂縫逐漸出現(xiàn)，初始斜裂縫靠近跨中位置，慢慢向支座方向發(fā)展，方向均指向加載點；隨著荷載的繼續(xù)增大，臨界斜裂縫逐漸形成，裂縫角度逐漸接近45°，裂縫寬度也逐漸增大，裂縫數(shù)量也緩步增加，臨界斜裂縫的裂縫慢慢向翼緣方向延伸；隨著荷載進(jìn)一步增加，臨界斜裂縫寬度增加較快，且其與支座之間的斜裂縫數(shù)量增加，有些則由臨界斜裂縫延伸向水平方向發(fā)展，臨界斜裂縫在靠近梁底處呈水平狀態(tài)延伸，翼緣上的裂縫幾乎貫通這個截面高度；最終，在達(dá)到極限荷載時，聽到“砰”的一聲，荷載急劇下降，受壓區(qū)混凝土壓碎，導(dǎo)致試件發(fā)生剪切破壞﹒

2 試驗現(xiàn)象及結(jié)果

2.1 破壞形態(tài)與裂縫開展

根據(jù)試驗現(xiàn)象與試驗得到的裂縫分布情況，最終通過AutoCAD對裂縫進(jìn)行描繪，得到了所有試驗梁的裂縫分布，如圖2所示﹒由圖2明顯可以看到臨界斜裂縫的位置和其他斜裂縫的基本分布情況﹒圖中還可以看出，預(yù)應(yīng)力筋彎起角度越大，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量越多，則斜裂縫分布的面積越大，數(shù)量越多，斜裂縫的傾角也越小﹒

圖2 破壞形態(tài)與裂縫分布

2.2 試驗結(jié)果

試件的極限荷載與撓度見表4﹒由表4可以看出，增加預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量、增大翼緣寬度和預(yù)應(yīng)力筋彎起角度都能提高試件的極限抗剪承載能力﹒

表4 極限荷載與撓度

配置有預(yù)應(yīng)力筋的T-2、T-5和T-8試件的極限抗剪承載力較T-1分別提高了25.37%，26.12%和31.49%；彎起角度由水平狀態(tài)提高至12°時，T-5較T-2的極限承載力提高幅度不大，但提高到20°時，T-8較T-2、T-5分別提高了4.88%和4.26%﹒

增加預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量可明顯提高T梁的極限抗剪承載力，配置3根預(yù)應(yīng)力筋的T-3、T-6、T-9比T-2、T-5、T-8分別提高了13.1%，13.02%和16.35%﹒

3 結(jié)論

改變預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量、彎起角度和翼緣寬度，在跨中集中荷載作用下的預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁均呈現(xiàn)剪壓破壞現(xiàn)象﹒

隨著有效預(yù)應(yīng)力的增加，受剪承載力顯著增加，裂縫分布面積增大，數(shù)量增加，傾斜角度變?。浑S著翼緣寬度的增大，受剪承載力提高幅度不大，翼緣板上存在明顯的剪力滯后效應(yīng)﹒